[发明专利]一种含低Y的超轻高强镁锂合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含低Y的超轻高强镁锂合金及其制备方法，所述合金各组分的质量百分比为：12～17wt.％的Li，0.5～6wt.％的Al，0～1.5wt.％的Ag，0.2～3wt.％的Y，0～1wt.％的C，余量为Mg和不可避免的杂质。本发明的C以MgCO₃‑CaCO₃混合物的形式加入，可形成Al₄C₃难溶质点作为形核核心，显著细化晶粒，向镁锂合金加入Al和Y，可在基体中析出高温稳定强化相Al₂Y，引入Ag元素可有效改善镁锂合金的过时效软化现象。所述镁锂合金的制备方法包括熔炼和热处理两个阶段，其中，熔炼阶段是在抽真空+气体保护的条件下进行，热处理阶段包括双级固溶处理和时效处理。

技术领域

本发明涉及一种含低Y的超轻高强镁锂合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。

背景技术

现代工业对超轻高强结构材料的需求越来越明显，由于镁锂合金具有显著的优势而被科学工作者密切关注，如低密度，一般为1.25～1.65g/cm³，比普通镁合金轻1/4～1/3，是铝合金的1/2，高比强度，高比刚度，良好的电磁屏蔽性能和阻尼特性，以及优异的切削加工性能。因此镁锂合金被广泛应用在军事、航空航天以及电子产品等领域。

根据镁锂二元相图，当锂的含量低于5.7wt.％时，合金呈现密排六方结构的α-Mg单相组织；当继续增加锂含量，开始出现体心立方结构的β-Li相，合金呈现典型的α+β双相结构；当锂含量超过10.3wt.％时，合金呈现β-Li单相组织。现阶段研究的镁锂合金一般为添加合金元素Al、Zn增强后Mg-Li-Al基、Mg-Li-Zn基或Mg-Li-Al-Zn基等合金。但是，元素Al和Zn加入到镁锂合金后的强化效果非常有限，而且会析出亚稳强化相MgLi₂Al和MgLi₂Zn，在时效过程中(甚至是室温下的自然时效)，MgLi₂Al和MgLi₂Zn转变成稳定的时效软化相AlLi和MgLiZn，极易发生过时效，导致镁锂合金的长期力学性能不稳定。因此开发出性能稳定的超轻高强镁锂合金具有非常重要的价值。

稀土是镁合金有效地强化元素，研究表明，添加La、Ce等轻稀土对镁锂合金强度有一定的提升作用。张密林等公开了《一种高强度的镁锂合金》(公开号CN101121981)，其质量百分比组成为Li：4～7wt.％、Al：2～7wt.％、Zn：0.5～2wt.％、Ce：0.1～1.5wt.％，余量为Mg，制备的镁锂合金抗拉强度可达到245MPa～300MPa，然而该镁锂合金中Li含量较低，合金密度偏高，且易出现过时效软化现象。与轻稀土相比，Gd、Y等重稀土对镁锂合金的强化作用更为显著，研究人员已经开发出一系列以Gd、Y为主要强化元素的高强度镁锂合金。许道奎等公开了《一种准晶相强化镁锂合金及其制备方法》(公开号CN1948532A)，通过控制Zn和Y的配比，在合金中形成准晶强化相，获得一种较高强度的镁锂合金。与此相似，张扬等也公开了《一种高强度镁锂合金的制备方法》(公开号CN104004949A)，通过控制Zn和Gd的配比，也在合金中形成准晶强化相，获得一种较高强度的镁锂合金。但这两类镁锂合金是α-Mg和β-Li形成的双相结构，且同时加入Zn和Y或者Zn和Gd，导致合金密度仍然居高不下，无法体现出镁锂合金低密度的绝对优势，而且也容易出现过时效软化现象。

发明内容

针对现有镁锂合金存在的不足，本发明提供一种含低Y的超轻高强镁锂合金及其制备方法，为了获得更低的合金密度，就需要增加锂的含量，本发明中提及的镁锂合金为单相的β-Li结构；Al和Zn在固态镁中都具有较大的溶解度，但Al元素的强化作用要明显优于Zn，且Al的密度要显著低Zn；引入的Y与Al在基体中析出高温稳定强化相Al₂Y颗粒以增强基体；引入Ag元素可有效改善镁锂合金的过时效软化现象；含C细化剂在熔液中可形成Al₄C₃难溶质点作为形核核心，显著细化晶粒。经过热处理(双级固溶处理+时效处理)之后制备出一种含低Y的超轻高强镁锂合金。